СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ  механическиМИ свойстваМИ стеклопластика

 

Еренков О.Ю., Полякова А.А., Щербина Д.В. (ТОГУ, г. Хабаровск, РФ)

 

The mechanical properties of polymer are studied as a function of the duration of nanosecond electromagnetic pulses and electromagnetic mixing in the binder. It is found that such treatment improves polymer composites; the optimal treatment time is 30 min.

 

Благодаря особым свойствам, присущим только пластическим массам, применение их в машиностроении открывает широкие конструктивно-технологические возможности для создания машин и аппаратов на более высоком техническом уровне. Многие пластмассы, являясь самостоятельными конструкционными материалами, с большим успехом вытесняют как цветные, так и черные металлы.

При этом особого внимания заслуживают стеклопластики, которые представляют собой термореактивную пластмассу, состоящую из синтетической смолы со стекловолокнистым наполнителем [1].  Высокая удельная прочность в сочетании с хорошей химической стойкостью по отношению ко многим агрессивным средам открывает возможности использования стеклопластиков в различных отраслях промышленности и, в частности, в центробежных компрессорных машинах, обслуживающих различные химические производства.

Несмотря на многообразие способов получения деталей и изделий из стеклопластиков, применение их в качестве конструкционного материала часто ограничивается достигнутым уровнем их прочностных свойств, которые, в свою очередь, лимитируются несовершенствованием технологического процесса и нестабильностью свойств полимерных связующих. Очень часто имеют место механические повреждения деталей наиболее нагруженных узлов энергетических машин таких, как рабочие лопатки, диски и т.д. [2]. Таким образом, задача повышения прочностных свойств стеклопластиков, в том числе за счет новых технологических решений, является актуальной.

В данной работе поставлена цель - повышение прочностных свойств стеклопластиков на основе определения связей между прочностными свойствами полимерного связующего и  параметрами  предварительного электрофизического воздействия.

Для достижения поставленной необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать новый способ формования стеклопластиков с применением предварительного воздействия наносекундными электромагнитными импульсами и магнитогидродинамическими силами на полимерное связующее с целью повышения прочностных свойств.

2. Провести экспериментальные исследования  для установления взаимосвязи между параметрами предварительных электрофизических воздействий на полимерное связующее и механическими свойствами стеклопластика: предел прочности при сжатии, предел прочности при растяжении, предел прочности при статическом изгибе, твердость, ударная вязкость.

Методической основой разработанного способа (патент № 2422273) формования изделий из эпоксидной смолы является предварительная обработка связующего в жидкой фазе  наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ)  и магнитогидродинамическими силами (МГДС).

Обработка наносекундными электромагнитными импульсами приводит к разрушению атомных и молекулярных соединений полимерной цепи, размеры которых соизмеримы с масштабом такого воздействия. При этом образуются многочисленные концевые группы, обладающие высокой реакционной способностью, т.е. к образованию новых многочисленных химических связей. Обработка связующего магнитным переменным полем приводит к изменению конформации макромолекулы полимера, что способствует сшиванию макромолекул за счет образования многочисленных химических и межмолекулярных связей.

Таким образом, за счет такой комбинированной обработки связующего происходит изменение структуры полимера, повышение прочности межатомных и межмолекулярных связей, и, следовательно, повышение физико-механических свойств готового изделия из полимерного связующего.

В качестве материала для изготовления экспериментальных образцов было использовано полимерное связующее  Этал Т 210 и два вида наполнителя с общей основой – стеклотканью Т11, и разными замасливателями: 78 и ГВС9. Соответственно были изготовлены следующие образцы стеклопластика:  Этал Т 210-Т11-78 и  Этал Т 210-Т11-ГВС9. Образцы изготавливали с помощью установки вакуумно-компрессионной пропитки и печи сопротивления для термообработки материала, установленной на ОАО «Дальэнергомаш».

Сводные данные по значениям прочностных параметров полимерного связующего в зависимости от времени и вида электрофизической обработки сведены в таблицу . Анализ этих данных  позволяет заключить, что совместная обработка НЭМИ и ЭМП полимерного связующего в течении 25 минут обеспечивает формирование такой структуры полимера, которая обладает наивысшими прочностными характеристиками.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1.Разработан способ формования изделий из эпоксидного связующего на основе предварительного совместного  электрофизического воздействия наносекундными электромагнитными импульсами и электромагнитным переменным полем с целью повышения прочностных свойств стеклопластика. Техническая сущность предлагаемого способа защищена патентом на изобретение.

2.Впервые доказано экспериментально, что применение  предварительного совместного воздействия наносекундными электромагнитными импульсами и электромагнитным переменным полем на полимерное связующее в течении 20-25 минут приводит к повышению прочностных свойств изделий из стеклопластика от 1,4 до 1, 7 раз.

 

Таблица - Значения прочностных параметров полимерного связующего в зависимости от времени и вида электрофизической обработки

Вид воздействия

Время обработки связующего, мин

5

10

15

20

25

30

 

Прочность при растяжении, МПа

НЭМИ

133

138

133

133

135

142

ЭМП

132

130

135

129

131

132

Совместно

143

148

153

156

166

165

 

Прочность при статическом изгибе, МПа

НЭМИ

132

136

135

138

135

134

ЭМП

136

133

135

133

131

132

Совместно

147

153

164

178

195

192

 

Ударная вязкость, кДж/м2

НЭМИ

1

0,98

0,96

0,95

0,96

0,97

ЭМП

0,97

0,98

0,96

0,97

0,96

0,98

Совместно

0,98

1

1,15

1,2

1,3

1,35

 

Список литературы

1.             Михайлин Ю.А., Мийченко И.П., Первушин Ю.С. Требования к матрицам конструкционных полимерных композиционных материалов. Учебное пособие. -УГАТУ, Уфа. 1996.- 70 с.

2.             Развитие науки о композиционных материалах// Композитный мир.- №1.- 2006 (04).- С. З3-34.

 

Данная работа выполнена в рамках Программы стратегического развития ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет».